Короткі теоретичні відомості. Дiод із p-n-переходом включає один p-n-перехiд та зовнiшнi електроди, що мають невипрямляючi контакти метал-напiвпровiдник до областей n- та p- типу

Діоди із p-n-переходом

Дiод із p-n-переходом включає один p-n-перехiд та зовнiшнi електроди, що мають невипрямляючi контакти метал-напiвпровiдник до областей n- та p- типу. Графічне позначення дiода і його технологічну структуру зображено на рис. 3.1

Висоту потенціального бар’єра на p-n-переході за умов рівноваги розраховують за формулою

U0 = = ,

(3.1)

де N_A, N_D – концентрації акцепторної і донорної домішок в областях переходу; p_po, n_no – концентрації основних носіїв в областях p- та n-типу за умов рівноваги; k – стала Больцмана (1,38 10^-23 Дж/К); T – температура К; q – заряд електрона (1,602.10^-19 Кл); n_i – концентрація носіїв у власному напівпровіднику (за 300 К n_{i Si} = 1,5.10¹⁶ м^-3, n_{i Ge} = 2,12.10¹⁹ м^-3, n_{i As} = 8,94.10¹² м^-3); kT/q = U_T і для 300 К U_T 0,026 В. За визначених умов для переходу база – емітер U₀ = 0,7…0,85 В, для переходу база-колектор U₀ = 0,6…0,7 В.

Висоту потенціального бар’єра за умов зовнішнього зміщення визначають за виразом:

= U0 U.

(3.2)

За прямого зовнішнього зміщення діода висота потенцiального бар’єра p-n-переходу буде зменшена на величину зовнішньої напруги, а за зворотного зовнішнього зміщення діода висота потенцiального бар’єра на p-n-переходi дiода буде збільшена на величину зовнішньої напруги.

За умов рівноваги з обох боків від «металургійної» межі переходу завжди буде однакова величина заряду. Якщо x_po та x_no – глибини проникнення збідненого шару за умов рівноваги відповідно в p- та n- області, то

NAxpo = NDxno.

(3.3)

Діоди інтегрованих мікросхем створюють на p – n – переходах транзисторів (рис. 3.2.). P-n-переходи можуть бути ступiнчатi і плавнi. Якщо створювати дiод на p-n-переходi база – емiтер iнтегрованого транзистора, то для цього дiода досить близькою буде модель ступiнчатого переходу. Якщо будемо створювати дiод на основi p-n-переходу база – колектор iнтегрованого транзистора, то для нього близькою буде модель плавного лiнiйного переходу.

Плавнi лiнiйнi p-n-переходи зустрiчаються в мiкросхемах за умови, якщо рiзниця мiж концентрацiєю акцепторiв i донорiв (або навпаки) пiдпорядковується лiнiйному закону

NA – ND = - kг x ,

(3.4)

де k_г – градієнт різниці концентрацій акцепторної та донорної домішок.

P-n-переходи подiляють на симетричнi та несиметричнi. Для симетричних N_A @ N_D, але вони застосовуються рiдко, оскільки є труднощi їх виготовлення. Несиметричнi p-n-переходи мають рiзницю в концентрацiях в 10…1000 разів.

Концентрацію неосновних носіїв на границях області просторового заряду за умов прямого зміщення визначають за законом p-n-переходу

np(- xp) = npoexp , pn (xn) = pno exp ,

(3.5)

де U – напруга прямого зміщення p-n-переходу.